基于PLC变桨距风力发电控制系统的研究

论文摘要

风力发电技术是涉及空气动力学、机械、电机学和自动控制理论等综合性的学科。由于风力发电具有无污染、建设周期短等优点,已成为全世界最具有发展潜力的新能源之一。随着计算机技术和自动控制技术的快速发展,其单机容量已发展到兆瓦级。由于风能具有随机性、不确定的特性,风力发电机组又是非线性的复杂系统,因此,风力发电机组的控制技术对风电机组的运行起着至关重要的作用。通过阅读大量国内外文献资料,研究风力发电机组工作原理,本文总结了风力发电机组建模技术与控制策略技术,主要内容如下:1)通过机理分析的方法对大型变桨距风力发电机组建立数学模型以及风速模型,此模型体现了风电机组的基本动态特性。2)本文针对风速高于额定风速时的情况设计了模糊控制器,以实现功率的稳态输出。运用模糊控制工具箱设计了模糊控制器,并在Matlab/Simulink环境下进行了高风速情况下的仿真。3)针对高风速本文设计了在PLC中实现模糊控制算法的研究,给出了硬件组成和关键的梯形图程序,实现了一种基于PLC的离线计算、在线查询的方法,对快速响应风速、提高系统的稳定性具有较好的效果。4)由于偏航系统具有惯性大、非线性的特点,本文设计了参数自整定的模糊PID（F-PID）控制器。该控制器根据风向变化来调整PID参数,进而控制风力机对风,并与传统PID控制进行仿真比较,结果表明参数自整定的F-PID控制器具有良好的实时性和鲁棒性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究背景
• 1.2 国内外风电现状
• 1.3 风力发电机组控制技术
• 1.3.1 定桨距与变桨距风力发电机组的控制
• 1.3.2 恒速恒频与变速恒频技术
• 1.3.3 风电机组控制策略综述
• 1.4 本论文的主要工作
• 第2章 风电机组基本组成与风能资源
• 2.1 风电机组组成部分简介
• 2.1.1 风轮组件
• 2.1.2 机舱组件
• 2.1.3 塔架
• 2.1.4 控制系统
• 2.2 风能资源
• 2.2.1 风能理论
• 2.2.2 贝兹（Betz）理论
• 2.2.3 风力机的特性系数
• 2.2.4 风速数学模型
• 2.3 本章小结
• 第3章 基于PLC 的变桨距模糊控制
• 3.1 变桨距风力发电机的数学模型
• 3.1.1 风轮气动转矩模型
• 3.1.2 风速模型
• 3.1.3 传动系统
• 3.1.4 发电机模型的建立
• 3.2 变速风力发电机组控制
• 3.3 模糊控制原理
• 3.3.1 模糊控制器的组成
• 3.3.2 模糊控制器的设计方案
• 3.3.3 F 控制的局限性
• 3.4 高风速时风电机组的变桨模糊控制
• 3.5 高风速变桨距模糊控制的PLC 实现
• 3.5.1 PLC 简介
• 3.5.2 S7-200 PLC
• 3.5.3 硬件组成
• 3.5.4 PLC 中实现模糊控制的方法
• 3.5.5 软件程序设计
• 3.6 高风速变桨距控制的仿真研究
• 3.7 本章小结
• 第4章 偏航系统的模糊PID 控制
• 4.1 PID 基本原理
• 4.1.1 位置式PID 控制器
• 4.1.2 增量式PID 控制器
• 4.2 F-PID 控制器
• 4.3 偏航模糊控制器的设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录A
• 攻读硕士期间发表的学术论文和参加科研情况
• 致谢
• 详细摘要